基于物联网技术的智能水泥发运系统设计

0 引 言

水泥是进行现代化建设的主要建筑材料，水泥工业作为我国的基础工业之一，其发展水平与国民经济建设息息相关[1]。随着新型干法水泥生产工艺在我国水泥行业应用，水泥行业的整体生产能力得到了迅速发展，目前，大部分水泥企业在车辆流通管理上制度复杂、设备落后[2]。

物联网[3] 是新一代信息技术的重要组成部分。它是指通过各种信息传感设备，将任何需要监控、互动的物体和产生的信息，与互联网结合形成一个巨大的网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别和管理。

我国是水泥生产和消耗大国，年产量达到17.8 亿吨，接近世界水泥产量的50%，国产水泥装备在国际水泥贸易中的比重已经达到1/3 以上，加大水泥行业管理尤其重要，目前水泥厂主要存在以下问题：

(1)水泥销售及原材料的运输方式主要以陆路汽车运输为主，车流量大;

(2)由于管理制度复杂、设备落后，同时缺乏有效的调度机制，导致大部分水泥企业厂内车辆乱行无序，故经常堵车，甚至因车辆抢道引发冲突;

(3)手续繁琐，操作人员忙碌不堪，误操作时常发生，经常会出现因为工作人员疏忽或舞弊，导致某些司机趁机偷料、换料或装错品种，造成水泥厂损失[4]。

针对以上情况，本文设计了基于物联网技术的智能水泥发运系统，可实时依据厂内车辆信息和供货信息有序安排车辆进厂、检斤称重，对厂内车辆进行全程监控管理，防止车辆拥堵、作弊、装错料和偷料现象的发生，提高了水泥生产企业的效益。

1 系统的整体框架设计

本水泥发运系统分为数据服务器、调度服务器、门卫、汽车衡检斤、水泥站台、下料口六部分。图1 为水泥发运系统的结构框图。水泥车辆进厂前在门卫对车辆信息进行登记，并且与IC 卡实现绑定，同时利用RFID 射频读卡器给首次进厂车辆发放射频标签，司机现场刷卡成功后，数据通过通信模块上传到数据服务器，数据服务器经过分析处理、统计存储做出判断，通过控制道闸控制系统，车辆引导系统，以及IC 卡[5] 和RFID[6-7] 电子标签双重认证实时准确控制车辆的进门、上衡，检斤计算机与称重防作弊系统[8] 完成水泥车辆自动称重，并将数据保存到数据服务器，实现了无人职守汽车衡[9]，通过IC 卡和RFID 电子标签双重认证智能控制下料口下料，同时工作人员依靠调度计算机实现对厂内水泥车辆进行全程监控和实时调度。

2 系统硬件设计

智能水泥发运系统硬件设计主要包括道闸控制系统设计、下料口电气设计、引导系统设计。道闸控制系统由IC 读卡器、道闸控制器、地感控制器组成，能够严格控制车辆进出，达到一车一杆，成功解决车辆乱序等问题。下料口电气主要由IC 读卡器与RFID 读卡器组成的双重认证系统等电气设备设计而成，保证了车辆只有在正确的下料口才能装料，避免了偷料、错装料等问题。引导系统主要由LED 控制卡与LED 显示屏、语音声浪广播组成，对车辆起到指引作用。

2.1 道闸控制系统的设计

水泥发运系统通过IC 读卡器来控制道闸的打开，车辆通过时，地感线圈自动控制道闸落下。因此，必须建立道闸控制器与IC 读卡器的连接和道闸控制器与地感控制器的连接，道闸控制设计原理如图2 所示。用IC 读卡器的继电器的常开端ON 和公共端COM连接道闸控制器的上UP 和公共端GND，IC 读卡器的0 V 连接道闸上的关限位继电器的常闭端，道闸关限位公共端连接道闸控制器的限位公共端V+ 和IC 读卡器的0 V端口，道闸关限位常开端ON 连接道闸控制器的关限位CL 端，道闸关限位常闭端OFF 连接IC 读卡器的门磁检测端口M_C。

当IC 读卡器继电器吸合时驱动道闸控制器去打开道闸，道闸打开的同时道闸关限位的常闭端OFF 吸合，IC 读卡器的门磁检测端口M_C 检测收到道闸开信号，并将该信号上传给服务器，完成道闸打开动作。当车辆经过地感时，地感控制器5、6 端吸合，将信号传递给道闸控制器关闭道闸，当道闸触发关限位时，关限位常闭端OFF 断开，IC 读卡器门磁检测端口M_C 检测到收到道闸关信号，并将该信号上传给服务器，完成道闸关闭动作[10]。

2.2 下料口的电气设计

下料口的电气设计原理图如图3 所示。通过钥匙开关可以切换手动模式和自动模式，自动模式下，首先进行RFID 射频认证，然后通过RFID 电子标签和IC 卡进行比对，认证和比对成功后IC 读卡器继电器端吸合及ON 端和COM 端导通，此时继电器K 动作，9 端与5 端导通，12 端与8 端导通，允许下料指示灯H 亮，控制电路可以控制下料口装料。当开始下料时挡板关限位断开，继电器K1 断开，IC 读卡器门磁检测端口检测到挡板开信号。当装料完成时控制电路关挡板，触发关限位时，K1 继电器吸合，IC 读卡器门磁检测端口M_C检测到挡板关信号。实现了下料口的自动化和智能化管理，省去了监装员人工比对的环节。

2.3 引导系统设计

水泥发运系统采用LED 技术和分区广播技术为厂内车辆进行作业引导，其中LED 技术采用集群控制LED 显示屏网络控制系统，各个LED 显示屏在局域网内通过TCP/IP 协议与服务器建立连接。系统可以自动合成导航语音，分区加载为车辆全程导航。每个区域都可以播放不同背景音乐节目，系统可随时终止自动播放状态，切换到手动控制，进行通知、找人、寻物等事务性广播。

3 系统软件设计

本文设计的基于互联网技术的智能发运系统软件主要采用C# 开发语言，以Microsoft Visual Studio 2010 以及Oracle数据库平台搭建。基于当前水泥厂发运过程中所存在的问题，所设计的系统流程图如图4 所示。

根据图4 所示的流程图，该水泥发运系统可分为发运服务器软件、调度管理软件、门卫管理软件、RFID 射频卡管理软件、检斤管理软件、袋装水泥管理软件六部分。图5 是智能水泥发运系统的功能图。

发运服务器软件是系统的核心部分，包括调度管理、IC射频管理、引导系统、用户管理和现场设备管理五部分功能，用于对厂内所有车辆进行全局调度和智能化控制管理。调度管理软件包括现场管理、人工调度、信息确认和记录查询四部分功能，是对自动调度的辅助，当自动调度出现不合理或异常情况时，可以通过人为干预使系统达到最优调度。门卫管理软件包括进厂管理、出厂管理和补卡三部分功能，完成IC 卡与车辆信息的绑定和IC 卡回收工作。RFID 射频卡管理软件包括RFID 电子标签发送、RFID 电子标签管理和补卡三部分功能，完成散装水泥车辆的RFID 电子标签的发放和管理工作。检斤管理包括防作弊、称重和手动控制三部分功能，自动完成车辆称重操作。袋装水泥管理软件包括信息显示、记录装车信息和产量统计三部分功能，完成袋装水泥车辆的管理工作。

4 现场应用系统

智能水泥发运系统在鞍山、沈阳等水泥厂使用，各项功能正常，解决了车辆秩序混乱、汽车衡检斤作弊、下料口偷料装错料等问题。日发运量由以前6 000 t 增长到现在8 000 t。图6 所示的(a)、(b)、(c)分别为现场门口处、汽车衡处、下料口处，(e)、(f)为服务器主界面以及调度主界面的部分软件界面。

5 结 语

目前智能水泥发运系统已经完成了所有工作，成功应用于鞍山冀东等水泥厂，系统的设计成功解决了水泥车辆混乱、厂内效率低下、偷料、错装料等作弊情况的发生，经运行一年多收到良好的反响，日出厂水泥较以往大幅提升，给水泥厂带来了巨大效益。目前正打算全面推广此智能发运系统。

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